両面受光技術によって約束される追加のエネルギー利得を得る方法

単面発電から両面発電への変更による太陽光発電の増加は現在約 6 ～ 8% ですが、この割合は両面発電量として知られており、複数の要因によって条件付けられます。

ハビエル・タマヨ、設計エンジニア STI ノーランド

ここ数年、両面受光型ソーラーパネルの使用が増加する傾向にあります。この技術は数十年前にすでに評価されていましたが、コストが高いため普及できませんでした。 最近では、最適化された製造プロセスにより、両面パネルが片面パネルと競合できるようになりました。

単面発電から両面発電への変更による太陽光発電の増加は現在約 6 ～ 8% ですが、この割合は両面発電量として知られており、複数の要因によって条件付けられます。

より具体的には、太陽光発電プロジェクトの両面性を直接決定する 3 つの基本パラメータがあります。つまり、次のとおりです (関連性の高い順)。

日射量：明らかに、受け取る光が多ければ多いほど、太陽資源からより多くの電気を生成できます。 捕捉される放射照度のほとんどは直接放射照度の形で発生し、地面上のソーラーパネル自体のシェーディングの影響を受けない地形領域に反射されることに言及することが重要です。

アルベド:実際に地面によって反射される放射照度の割合を指します。 これは各プロジェクトで使用される地形の種類によって異なり、年間を通じて変化します。 参考として、一般的な砂地形の平均アルベド値は 0.25 です。

表示係数:これは、放射照度放出面 (地面) に対する放射照度捕捉面 (パネル) の形状と位置に直接関係しています。 したがって、両面性の適切性を確保するには、トラッカーの選択を分析することが最も重要です。 言い換えれば、トラッカー パネルが地面から反射した放射照度を捕捉する振幅を徹底的に評価することが重要です。

前述したように、これら 3 つの重要な要素のうち、最初の 2 つはプロジェクトごとに明確に定義されています。

放射照度は地理的な位置によって決まります。

アルベドに関しては、このパラメータを改善する技術が利用可能であるにもかかわらず、アルベドへの投資と最適化がどの程度両面発電プロジェクトの一般的な応用として確立されるかは、現時点ではそれほど明確ではありません。 ただし、同じ放射照度とアルベドのプロジェクト内でも、使用するソーラー トラッカーに応じて、幾何学的フォーム ファクターは異なります。

分析的アプローチによれば、コレクターによって反射され捕捉される放射照度はコレクターのサイズとは関係ありません。

コレクターが太陽放射照度を反射する表面に比例した距離に設置されている限り、同じ放射照度を反射する必要があります。

放出面の幅はコレクタの高さの増加に比例して増加するため、同じ放射照度が得られるはずです。

これは、正規化された太陽トラッカーの高さとして知られています。 太陽光発電業界では、航空宇宙工学に由来するパラメーターである「アスペクト比」という概念も使用されます。

図 1. 正規化された高さの概念

集光器が大きくなると、より高い高さに設置される太陽電池セルの数が増加します。 放射照度を反射する地面の幅も大きくなり、太陽追跡装置のサイズに関係なく、後方放射照度の捕捉率が最終的に同じになることを意味します。

図 2. 正規化された身長値の等価トラッカー

ただし、適切な太陽光発電設備の高さなど、両面受光性に関係ない側面により、市場で入手可能な 2P アレイは、1P アレイと比較して正規化された高さステップが低くなります。

これは、2P コレクターに当たる太陽光線の傾斜が増加することを意味し、セルによって捕捉される反射放射照度が減少することを意味します。

図 3. 太陽追跡装置のさまざまな幾何学的条件

この幾何学的トラッカー条件の多かれ少なかれ効率は、その形態係数 (VF) に直接関係します。

VF 自体とは別に、取り込まれた放射照度の後の調整を意味する 2 つの基本パラメータがあります。

ミスマッチ。 反射光線が異なる角度で太陽電池セルに影響を与えるという事実により、捕捉される放射照度の違いが生じます。 この違いまたは不一致は、パネル全体の発電量の減少につながります。 一般的なソーラー トラッカーの形状とアルベド値の場合、不一致の範囲は 1% ～ 3% です。

シェーディング係数。 ソーラートラッカーの独自の構造によって生じる影も、発電量の減少を意味します。 この点において、トルク チューブと母屋は、裏側のシェーディングの大部分を担う中間要素です。 既存の市場では、最も一般的なソーラー トラッカー構成である 1P と 2P を考慮すると、それぞれ、捕捉面からわずか 200 mm の位置に取り付けられた、幅 100 mm または 150 mm の正方形要素のトルク チューブを指します。太陽光発電パネル列です。

投影されたトラッカーに関係なく、シェーディングは主にトルク チューブの近くにある中央の太陽電池セルに影響します。 一般的なトラッカー ジオメトリとアルベド値の場合、シェーディング係数は 3% ～ 6% の範囲になります。

トルクチューブだけでなく母屋自体も、PV パネルに向かって斜めに来る地面反射光の軌道に沿って配置されています。 母屋が大きくなるほど、干渉が大きくなります。 この意味で、一般的な 440 mm の 1P 母屋は、一般的な 2350 mm の 2P 母屋よりも影の影響が少なくなります。 この長さの要件または制限は、各モジュールの両方の半分での固定が必要な場合、モジュールの固定オプションから直接生じます。

トルク チューブのシェーディングの大きさを詳しく調べると、母屋の高さによってその値が変化する可能性があることがわかります。 母屋は、太陽電池モジュールとトルクチューブを接続し、それらの間にスペースを作成するトラッカー部品です。

母屋の高さの詳細な分析により、10 mm の増加は、シェーディング係数値のわずか約 0.1% の減少を意味することが明らかになりました。

一方、母屋のプロファイルが高くなると、モジュールの質量が回転軸から遠くに配置されるため、トラッカー上の不均衡が大きくなります。

これには、トルク チューブとモーターの抵抗に対する構造上の要求が高くなります。

トルク チューブによって引き起こされるシェーディングは、捕捉面までの距離に関係なく、現実的な母屋の高さ 40 ～ 80 mm を常に考慮して、吸収面でほぼ同じ程度の大きさで消えます。

トルク チューブの陰影は、異なる光線から来るさまざまな陰影の合計として評価できます。それぞれの日射強度は異なります (最大のものは明らかに地面の太陽光領域から発せられます)。

図4. トルクチューブの陰影微分積分

トルク チューブ シェードの大部分を避け、実質的な補助を実現するには、パーリングの高さは約 15,350 mm である必要がありますが、これは実際のプロジェクトでは実装できない理想的な概念です。

図 5. トルク チューブのシェードの強度

陰影の分布に関しては、陰影生成要素と陰影吸収要素の間の距離が増加するにつれて、陰影が中間または中央のセルでより均一に消散し、隣接するセルに徐々に広がることが観察されます。

母屋の高さが低いほど、モジュールの異なるセル間で捕捉された放射照度に、より集中したピークが生成されます。

この違いは最終的に電気的な不整合を引き起こし、太陽光発電量の減少を引き起こします。 不一致の大きさの最初のアプローチとして、一般的なアルベド値の約 1.4 % (下のグラフの青い線) のエッジ効果により、自然な値がわかります。 日陰を作る要素としてトルク チューブを追加すると、その値は約 2 ～ 3 % に増加します (オレンジ色の線)。

図 6. 電気的ミスマッチと母屋の高さの関係

STI Norland の既存の設計には、高さ 60 mm の母屋が含まれているため、30 mm フレームを備えた一般的な両面パネルでは、トルク チューブとパネルの背面の間に 90 mm の空きスペースを持つことができます。 ここでの不一致値は約 2.8 % です。

分布に見られるように、この減少は中間セル 6 と 7 だけでなく、隣接するセル 4、5、8、9 にも影響を及ぼします。これは、トルク チューブのシェードが車両後方の大部分に広がっていることを意味します。モジュール。

2P 構成で 2 つのモジュール間に隙間を残しても、その影は避けられません。 さらに、PV 表面の幅は増加しますが、高さは増加しないため、トラッカーの形態係数が低下することを意味します。

トルク チューブの影は、モジュール間の隙間に関係なく、モジュールの背面に影響します。

図 7: モジュール後部のトルク チューブ スプレッド シェード

前述の両面パラメーターを考慮すると、市場でも知られているように、正規化されたソーラー トラッカーの高さ、またはそのアスペクト比に関連して両面ゲインがどのように増加するかを評価することができます。

共通アルベドが 0.25 の場合、正規化された高さが 0.05 増加すると、両面ゲインは数十分の 1 パーセント増加すると予想されます。 言い換えれば、2 メートルのコレクターの場合、1P トラッカーの高さを 100 mm 高くする必要があります。

市場で最も一般的な 2 つの構成 (1P および 2P) の 2 つの両面面性ステップを、0 度の特定の位置 (W/m2 の絶対値で最大の後方放射を生成する) について以下に示します。

図示されているように、両面受光性は、正規化されたソーラー トラッカー モジュールの高さが増加するほど有益です。 これは、コストが許せば、より大きなサポートを備えた単面パネルを使用すれば、トラッカーを地面からより高い位置に設置できることを示唆しています。

最適な高さを定義するには、高い高さにトラッカーを設置するという固有の難しさに加えて、土壌の種類や風荷重など、解析をより複雑にする他の技術的要因を考慮する必要があります。

いずれにせよ、両面パネルはここ数年でますます人気が高まっています。 ここで重要なのは、明確で確かな利点を持つこの有望なテクノロジーが将来どのように進化するかを理解することです。

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